超节能超高温全自动培养基连续灭菌系统.pdf

超节能超高温全自动培养基 连续灭菌系统 河北科技大学 徐亲民 q_xu@hebust.edu.cn 设计背景 ? 发酵产品直接生产成本中蒸汽成本约占5%~ 7%，其中的80%消耗于培养基灭菌。 ? 蒸汽是仅次于电力的第二大能源。 ? 我国的工业用蒸汽绝大多数来源于煤炭的燃烧， 造成严重的大气污染。 ? 随着一次能源价格的增长，作为二次能源的蒸 汽价格也不断增长。与20年前相比，增长率超 过100%。 ? 培养基灭菌过程中蒸汽的潜热和物料的余热没 有得到充分利用，有很大的节能潜力。 2015-6-23 中国发酵产业协会·柳州 2 等效灭菌原理 ? 在达到同样灭菌效果的前提下，灭菌温度与所需灭菌时 间呈以下曲线关系（以121℃灭菌30 min为基准）。 2015-6-23 中国发酵产业协会·柳州 3 节能原理（一） ? 1千克150℃(0.38 MPa)的饱和蒸汽冷却到 140℃所释放的热量为12千焦。 ? 1千克140℃(0.26 MPa)的饱和蒸汽凝结成 140℃的高压饱和水所释放的热量为2142 千焦。 ? 以上两项合计，1千克150℃的饱和蒸汽可将 4.47千克水由25℃加热到140℃。反过来就是 将1千克水由25℃加热到140℃理论上需消耗 150℃的饱和蒸汽0.224千克。 ? 如果是实罐灭菌，不算罐体加热，将1千克水由 25℃加热到121℃理论上需消耗150℃的饱和蒸 汽0.186千克。 2015-6-23 中国发酵产业协会·柳州 4 节能原理（二） ? 如果将余热加以利用，则1千克140℃的高温 饱和水冷却到35℃可释放443千焦的热量，可 将1千克水由25℃加热到130℃。 ? 随后再将1千克130℃的水加热到140℃需要 43千焦的热量，那么理论上将1千克25 ℃的 水加热到140℃只需消耗150℃（0.38 MPa） 的饱和蒸汽0.02千克。 ? 如果换热效率为90%，则将1千克水由25℃加 热到140℃的蒸汽消耗应为0.022千克。 2015-6-23 中国发酵产业协会·柳州 5 灭菌蒸汽消耗现状 ? 大多数生物发酵厂家连续灭菌将1kg培养基由 25℃加热到140℃或实罐灭菌由25℃加热到 121℃的实际蒸汽消耗分别为0.27kg和 0.24kg左右，加上保温维持，总蒸汽消耗均 在0.3kg左右，其中15%左右的蒸汽作为乏汽 排放掉了，70%左右作为余热浪费掉了，其余 为散热损失，总浪费率达90%左右。 ? 挽回这90%的蒸汽损耗，是设计本连续灭菌系 统的目的。 2015-6-23 中国发酵产业协会·柳州 6 设计思路 ? 在灭菌过程中先将高压蒸汽变成高温饱和水， 然后再与培养基混合，使整个灭菌过程无乏汽 残留和排放，这样既可充分利用蒸汽的潜热， 又避免局部过热使培养基结焦。 ? 利用灭菌后的热培养基预热冷培养基，灭菌前 的冷培养基冷却热培养基，既充分利用余热， 又节省冷却水。 ? 设备紧凑，强化保温，减少散热损失。 ? 通过变频泵以温度反馈控制料液流速，既简化 控制方法，提高控制精度，又节省电能消耗。 2015-6-23 中国发酵产业协会·柳州 7 T 止逆阀 系统构成 T 高 P 压 喷 射 保温 器 维持